Een team van onderzoekers onder leiding van wetenschappers van de University of Western Australia (UWA) en het ARC Centre of Excellence in Plant Energy Biology (PEB) heeft het mechanisme blootgelegd waarmee gewaswortels harde grond binnendringen, een doorbraak die zou kunnen leiden tot nieuwe strategieën voor het verbeteren van de gewasopbrengsten in gebieden die gevoelig zijn voor droogte.

Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Plants, onthult hoe wortels van de modelplant Arabidopsis thaliana reageren op mechanische impedantie, zoals harde grond, door hun groeipatronen te veranderen en de productie van gespecialiseerde eiwitten op gang te brengen die hen helpen de grond binnen te dringen.

Met behulp van een combinatie van beeldvormingstechnieken, genetische analyse en biofysische tests ontdekten de onderzoekers dat wanneer wortels in contact komen met harde grond, ze overschakelen van hun normale, rechte groeipatroon naar een meer kronkelig groeipatroon, waardoor ze door de obstakels in de grond kunnen navigeren.

Bovendien produceren de wortels gespecialiseerde eiwitten, expansins genaamd, die helpen de celwanden af ​​te breken en de grond los te maken, waardoor de wortels gemakkelijker kunnen binnendringen.

"Onze bevindingen bieden een gedetailleerd inzicht in de mechanismen waarmee wortels reageren op mechanische impedantie en bieden potentiële doelwitten voor genetische manipulatie om de wortelpenetratie en verankering in gewassen te verbeteren", zegt dr. Ryan de Jonge, een PEB-onderzoeker en co-eerste auteur. van de studie.

Het onderzoeksteam, bestaande uit dr. de Jonge, professor Peter Ho, dr. Christopher O'Leary en dr. Anna Zourelidou, gebruikte een op maat gemaakt rhizotron-beeldvormingssysteem om de wortelgroei en -ontwikkeling in realtime te visualiseren.

Ze merkten op dat wanneer de wortels van Arabidopsis in aanraking kwamen met harde grond, ze aanvankelijk stopten met groeien, maar na een paar dagen weer verder groeiden, zij het in een langzamer tempo en met een ander groeipatroon.

De onderzoekers ontdekten ook dat de productie van expansines werd geïnduceerd door de mechanische impedantie van de harde grond, en dat deze eiwitten essentieel waren voor wortelpenetratie.

"Deze ontdekking heeft het potentieel om de landbouw te transformeren in gebieden die gevoelig zijn voor droogte, waar harde bodems de gewasopbrengsten ernstig kunnen beperken", zegt professor Peter Ho, directeur van PEB en co-senior auteur van het onderzoek.

"Door de mechanismen te begrijpen waarmee wortels harde grond binnendringen, kunnen we nu strategieën ontwikkelen om de wortelgroei en verankering in gewassen te verbeteren, wat zou kunnen leiden tot hogere gewasopbrengsten en verbeterde voedselzekerheid in deze regio's."

Het onderzoeksteam werkt nu aan het identificeren van de belangrijkste genetische regulatoren van wortelpenetratie en -verankering, met als doel nieuwe gewasvariëteiten te ontwikkelen met verbeterde wortelsystemen die beter bestand zijn tegen droogte en andere omgevingsfactoren.